FR3146193A1

FR3146193A1 - Bloc optique à échangeur de chaleur à échange thermique optimisé

Info

Publication number: FR3146193A1
Application number: FR2301703A
Authority: FR
Inventors: Filipe Videira
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2023-02-24
Filing date: 2023-02-24
Publication date: 2024-08-30

Abstract

Un bloc optique (BO), par exemple d’un véhicule, comprend un boîtier (BB) logeant une carte électronique (CE) associée à un échangeur de chaleur (EC) comprenant des ailettes (AE). Une partie au moins des ailettes (AE) comprend une première partie (P1) installée sensiblement parallèlement à un flux d’air circulant dans le boîtier (BB), et une seconde partie (P2) prolongeant cette première partie (P1) selon un premier angle strictement inférieur à 180° afin de présenter une face inférieure (FI) propre à être balayée par ce flux d’air. Figure 2

Description

BLOC OPTIQUE À ÉCHANGEUR DE CHALEUR À ÉCHANGE THERMIQUE OPTIMISÉ

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne les blocs optiques qui comprennent une carte électronique comportant au moins une source générant des photons devant participer à au moins une fonction photométrique, et plus précisément les échangeurs de chaleur qui sont associés à de telles cartes électroniques afin d’évacuer une partie des calories qu’elles produisent.

Etat de la technique

Dans ce qui suit, on entend par « fonction photométrique » aussi bien une fonction photométrique de signalisation, qu’une fonction photométrique d’éclairage ou qu’une fonction photométrique d’effet lumineux, éventuellement décoratif.

Dans certains domaines, comme par exemple celui des véhicules, éventuellement de type automobile, on utilise des blocs optiques qui comprennent un boîtier logeant au moins une carte électronique sur laquelle est installée au moins une source propre à générer des photons devant participer à au moins une fonction photométrique et à laquelle est associé un échangeur de chaleur à ailettes. Par exemple, cet échangeur de chaleur peut être un radiateur en tôle (acier ou aluminium).

On comprendra que l’échangeur de chaleur est chargé de capter des calories qui sont générées par la (chaque) source de photons et les autres composants électroniques présents sur la carte électronique, afin qu’elles se répartissent par conduction notamment jusque dans les ailettes où elles sont en partie récupérées par un flux d’air circulant dans le boîtier du bloc optique afin d’être évacuées par convection. Les ailettes sont donc utilisées pour accroitre la surface d’échange thermique avec le flux d’air.

Généralement, lorsque le refroidissement recherché est passif (sans flux d’air forcé, par exemple par un ventilateur ou par le déplacement du véhicule), les ailettes sont planes et installées perpendiculairement au flux d’air circulant dans le boîtier. Il est en effet rappelé qu’un flux d’air chaud a une trajectoire ascendante du fait qu’il est plus léger qu’un flux d’air frais. Cependant, un tel agencement présente plusieurs inconvénients.

En effet, seulement une faible partie de la convection (ascendante) se produit exactement dans chaque espace inter-ailettes, ce qui est sans grand intérêt puisque le flux d’air ne fait qu’effleurer la tranche d’épaisseur des ailettes et donc l’échange thermique est quasi nul. De plus, la majeure partie du flux d’air se heurte à la face inférieure des ailettes, et donc ce flux d’air est ensuite dévié chaotiquement de part et d’autre des ailettes dans l’espace inter-ailettes où une première partie parvient à s’échapper au-dessus des ailettes tandis qu’une seconde partie est renvoyée vers le bas par un phénomène de tourbillon.

L’idéal serait d’avoir des ailettes installées parallèlement au flux d’air avec leurs extrémités libres orientées vers le bas. Mais cela pose un problème d’encombrement vertical et s’avère techniquement difficile, voire impossible, à réaliser par pliage/emboutissage. Il serait certes possible de réaliser l’échangeur de chaleur par moulage, mais cela augmenterait notablement la masse (en raison d’épaisseurs supérieures) et le prix (en raison de l’augmentation de la quantité de matière utilisée et du coût de l’outillage d’injection).

L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.

Présentation de l’invention

Elle propose notamment à cet effet un bloc optique comprenant un boîtier logeant une carte électronique associée à un échangeur de chaleur comprenant des ailettes.

Ce bloc optique se caractérise par le fait qu’une partie au moins des ailettes comprend une première partie installée sensiblement parallèlement à un flux d’air circulant dans le boîtier, et une seconde partie prolongeant cette première partie selon un premier angle strictement inférieur à 180° afin de présenter une face inférieure propre à être balayée par ce flux d’air.

Ainsi, les premières et secondes parties peuvent être au moins en partie balayées (ou léchées) par des parties différentes du flux d’air, et l’encombrement vertical de l’échangeur de chaleur est réduit du fait du repliement des secondes parties de ses ailettes.

Le bloc optique selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :

- les première et seconde parties de chaque ailette peuvent avoir une interface commune faisant un second angle aigu avec le flux d’air, afin de dévier ce dernier pour le contraindre à lécher la face inférieure de la seconde partie avant de passer dans un espace vide séparant cette dernière de la seconde partie de l’ailette voisine ;

- en présence de la dernière option, le second angle aigu peut être compris entre 5° et 45° ;

- le premier angle peut être compris entre 20° et 160°. Par exemple, ce premier angle peut être égal à 90° ;

- toutes les secondes parties peuvent être parallèles entre elles ;

- la carte électronique peut comprendre au moins une source propre à générer des photons devant participer à au moins une fonction photométrique ;

- en présence de la dernière option, la fonction photométrique peut être une fonction d’éclairage ou une fonction de signalisation ;

L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un bloc optique du type de celui présenté ci-avant.

Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus en CAO/DAO (« Conception Assistée par Ordinateur/Dessin Assisté par Ordinateur »)), sur lesquels :

illustre schématiquement, dans une vue en perspective du côté avant, une partie d’un exemple de réalisation d’un bloc optique selon l’invention, sans son masque et sa glace de protection,

illustre schématiquement, dans une vue de face du côté avant, la carte électronique et l’échangeur de chaleur associé du bloc optique de la , avec la matérialisation des trajectoires de sous-parties du flux d’air, et

illustre schématiquement, dans une vue en perspective du côté de la face avant, l’échangeur de chaleur du bloc optique de la .

Description détaillée de l’invention

L’invention a notamment pour but de proposer un bloc optique BO comprenant un boîtier BB logeant une carte électronique CE associée à un échangeur de chaleur EC assurant un échange thermique optimisé avec un flux d’air circulant dans le boîtier BB.

On considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le bloc optique BO est destiné à faire partie d’un véhicule de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. En effet, le bloc optique BO peut être un équipement pouvant être rapporté et utilisé dans de nombreux systèmes ou pouvant faire partie d’un autre équipement faisant lui-même partie d’un système. Ainsi, le bloc optique BO peut faire partie de n’importe quel système, et notamment d’un véhicule (terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien), d’une installation (éventuellement industrielle), d’un appareil (éventuellement grand public), ou d’un bâtiment.

Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le bloc optique BO constitue un feu avant. Mais il pourrait constituer un feu arrière ou un phare (ou projecteur) d’un véhicule.

Enfin, compte tenu des choix qui précèdent, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le bloc optique BO est destiné à assurer au moins une fonction photométrique de signalisation. A titre d’exemple, dans le cas d’une application à un véhicule automobile cette fonction photométrique de signalisation peut être une fonction de feu de jour (ou DRL (« Daytime Running Light (ou Lamp) »)). Mais il pourrait s’agir d’une fonction de feu de position ou encore d’une fonction d’indicateur de changement de direction (ou clignotant).

On notera cependant que l’invention n’est pas limitée aux fonctions photométriques de signalisation. En effet, le bloc optique BO, selon l’invention, est un dispositif lumineux pouvant assurer au moins une fonction photométrique de signalisation ou d’éclairage ou d’effet lumineux (éventuellement décoratif).

Dans ce qui précède et ce qui suit la notion « d’avant » est définie par rapport au lieu où sortent les photons participant à la (une) fonction photométrique, et la notion « d’arrière » est définie par rapport au lieu qui est opposé à celui où sortent les photons participant à la (une) fonction photométrique. Par conséquent, la face avant d’un élément est orientée vers l’extérieur, tandis que la face arrière de cet élément est orientée vers l’intérieur et opposée à la face avant.

On a schématiquement illustré sur la une partie d’un exemple de réalisation d’un bloc optique BO selon l’invention, ici destiné à équiper une partie avant d’un véhicule.

Comme illustré au moins partiellement sur la , un bloc optique BO, selon l’invention, comprend notamment un boîtier BB, une carte électronique CE et un échangeur de chaleur EC.

Le boîtier BB délimite, de préférence avec une glace (non illustrée), un logement interne dans lequel sont installés la carte électronique CE et l’échangeur de chaleur EC associé à cette dernière (CE), ainsi qu’éventuellement un masque (non illustré et chargé de masquer les parties techniques).

La carte électronique CE comprend au moins une source de photons qui est propre à générer des photons devant participer à au moins une fonction photométrique lorsqu’elle est alimentée en courant électrique. On notera que cette carte électronique CE comprend aussi des composants électriques et électroniques et/ou des circuits éventuellement intégrés, notamment pour le couplage à un connecteur. Par exemple, la carte électronique CE peut être une carte à circuits imprimés de type PCB (« Printed Circuit Board »).

Egalement par exemple, la (chaque) source de photons peut comporter au moins une diode électroluminescente (ou LED (« Light Emitting Diode »)) ou au moins une diode laser ou un laser à gaz ou encore au moins une ampoule (éventuellement au xénon). Le choix du type de la (chaque) source de photons peut dépendre de la (chaque) fonction photométrique à laquelle elle participe.

Egalement par exemple, et comme illustré non limitativement sur la les photons générés par la (chaque) source de photons peuvent alimenter un ou plusieurs guides de lumière GL.

L’échangeur de chaleur EC comprend des ailettes AE qui, pour une partie au moins d’entre elles (et de préférence toutes), comprennent des première P1 et seconde P2 parties se prolongeant mutuellement.

Chaque première partie P1 est installée sensiblement parallèlement à un flux d’air qui circule dans le boîtier BB en ayant une trajectoire df qui est initialement sensiblement rectiligne, comme illustré sur la .

Comme illustré au moins partiellement sur les figures 2 et 3, chaque seconde partie P2 prolonge la première partie P1 associée selon un premier angle a1 qui est strictement inférieur à 180° afin de présenter une face inférieure FI propre à être balayée par le flux d’air.

Grâce à cet agencement, chaque première partie P1 peut être balayée (ou léchée) par une partie du flux d’air, et au moins la face inférieure FI de chaque seconde partie P2 peut être balayée (ou léchée) par une autre partie de ce flux d’air, ce qui augmente notablement l’échange thermique avec le flux d’air. En outre, l’encombrement vertical est réduit du fait du repliement des secondes parties P2.

Par exemple, l’échangeur de chaleur EC peut être un radiateur en tôle (acier ou aluminium).

De préférence, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, les première P1 et seconde P2 parties de chaque ailette AE peuvent avoir une interface commune IC qui fait un second angle a2 aigu avec le flux d’air (et plus précisément sa direction initiale df). Cela permet très avantageusement de dévier le flux d’air pour le contraindre à lécher la face inférieure FI de chaque seconde partie P2 avant de passer dans un espace vide (ou espace inter-ailettes) EV séparant cette dernière (P2) de la seconde partie P2 de l’ailette AE voisine.

Grâce à cette désorientation du second angle a2 (par rapport à un plan horizontal (perpendiculaire à la direction initiale df)) de chaque seconde partie P2, le flux d’air n’est plus bloqué par la face inférieure FI car il peut désormais s’échapper vers l’espace vide EV voisin en remontant le long de la face inférieure FI en la léchant du fait qu’il se réchauffe au fur et à mesure (voir les trajectoires des portions du flux d’air sur la ). De plus cette désorientation permet à une partie du flux d’air de remonter aussi le long de la face supérieure FS de chaque seconde partie P2 (opposée à sa face inférieure FI) en la léchant. Il en résulte une optimisation de l’échange thermique au niveau de chaque seconde partie P2. Il n’y a donc plus (ou quasiment plus) de déviation chaotique du flux d’air de part et d’autre des ailettes AE dans chaque espace vide EV, tout comme il n’y a plus de renvoi vers le bas d’une partie de ce flux d’air par un phénomène de tourbillon.

Par exemple, le second angle aigu a2 peut être compris entre 5° et 45°. A titre d’exemple purement illustratif ce second angle aigu a2 peut être égal à 30°.

Egalement par exemple, le premier angle a1 peut être compris entre 20° et 160°. A titre d’exemple purement illustratif ce premier angle a1 peut être égal à 90°.

L’agencement proposé et illustré peut être avantageusement obtenu par découpe et/ou emboutissage puis pliage, ce qui évite le moulage et donc permet de réduire la masse et le coût. Pour ce faire, on peut découper des ailettes AE planes en forme générale de L (avec les première P1 et seconde P2 parties du L désorientées du second ange a2), puis on peut plier suivant le premier angle a1 chaque seconde partie P2 au niveau de son interface IC avec la première partie P1 associée.

On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 à 3 toutes les secondes parties P2 sont parallèles entre elles. Mais cela n’est pas une obligation. On pourrait en effet envisager que le premier angle a1 et/ou le second angle a2 varie(nt) d’une ailette AE à une autre.

Claims

Bloc optique (BO) comprenant un boîtier (BB) logeant une carte électronique (CE) associée un échangeur de chaleur (EC) comprenant des ailettes (AE), caractérisé en ce qu’une partie au moins desdites ailettes (AE) comprend une première partie (P1) installée sensiblement parallèlement à un flux d’air circulant dans ledit boîtier (BB), et une seconde partie (P2) prolongeant ladite première partie (P1) selon un premier angle strictement inférieur à 180° afin de présenter une face inférieure (FI) propre à être balayée par ledit flux d’air.
Bloc optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première (P1) et seconde (P2) parties de chaque ailette (AE) ont une interface commune (IC) faisant un second angle aigu avec ledit flux d’air, afin de dévier ce dernier pour le contraindre à lécher ladite face inférieure (FI) de ladite seconde partie (P2) avant de passer dans un espace vide (EV) séparant cette dernière (P2) de la seconde partie (P2) de l’ailette (AE) voisine.
Bloc optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second angle aigu est compris entre 5° et 45°.
Bloc optique selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit premier angle est compris entre 20° et 160°.
Bloc optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit premier angle est égal à 90°.
Bloc optique selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que toutes lesdites secondes parties (P2) sont parallèles entre elles.
Bloc optique selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite carte électronique (CE) comprend au moins une source propre à générer des photons devant participer à au moins une fonction photométrique.
Bloc optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite fonction photométrique est une fonction d’éclairage ou une fonction de signalisation.
Véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un bloc optique (BO) selon l’une des revendications 1 à 8.
Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.